植物的根或可直接“看见”阳光 | Sci. Signal. 论文推荐

“黑夜给了我黑色的眼睛，而我却用来寻找光明”。

最新研究发现植物似乎可以将阳光直接传送到地下的根部以帮助它们生长，但该结论仍有待确切证据的支持。

来源 DAILY NEWS

撰文 Alice Klein

翻译 韩宇

审校 安定 地衣

在黑暗中感光。

图片来源：Dr John Runions/Science Photo Library

众所周知，茎、叶和花中的光感受器可以调节植物生长。这些感受器也存在于植物根部，但我们尚不清楚它们在漆黑的土壤中是如何感受光信号的。

针对这一问题，韩国首尔大学的 Hyo-Jun Lee 及同事利用拟南芥（Arabidopsis thaliana）作为研究该问题的模式生物。

他们发现植物的茎像光纤一样将光向下传导给根部的光敏素，触发 HY5 蛋白的合成以促进健康根系的生长。

当植物光敏素基因发生突变，HY5 蛋白的合成就会减少；而当 HY5 蛋白基因发生突变，植物的根便会发育不良且生长角度异常。

是光，还是化学物质？

为了验证光是通过茎直接传送至根部而不是激活可转移至根部的化学信号，研究者让光纤与植物茎秆接触，作为光源；在安装在根末端的地下接收器，确认是光直接传送到了根部。

此外，他们在黑暗条件下用植物化学信号（例如蔗糖）对拟南芥样本进行处理，发现根系没有明显地生长。因此研究者认为，这样的化学物质并不能驱使植物的生长。

另外，Lee 及同事发现红光在植物体内的传送更加高效。相比波长较短的蓝光和绿光，波长较长的光传播的更远，因此在植物体内传送中更有利。然而由于光照强度太弱，土壤中的生物看不到植物根部被光照亮，或导致细菌无法利用它进行光合作用。

共同机制？

大部分植物含有光敏素，Lee 认为阳光沿茎直接向下传送是植物用来促进根部更好生长的共同机制。

澳大利亚墨尔本大学 Mike Haydon 认为这样的结果很有道理，因为光信号的传播比化学信号更快。然而，该研究没有提供确定性的证据。一方面，研究者发现光从发出到激活植物根部的光敏素需两个小时，比预计的光直接传导可能所需的时间长。

另一方面，这项研究仅仅探讨了少量在光、茎和根之间可作为移动介质的化学信号。“这样的结果确实不能排除移动介质在这一过程中发挥作用的可能性。” Haydon 说道。

文章来源

https://www.newscientist.com/article/2111027-plants-see-underground-by-channelling-light-to-their-roots

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论文基本信息

【题目】Stem-piped light activates phytochrome B to trigger light responsesin Arabidopsis thaliana roots

【作者】Hyo-Jun Lee, Jun-Ho Ha, Sang-Gyu Kim, Han-Kyu Choi, Zee Hwan Kim,Yun-Jeong Han, Jeong-Il Kim, Youngjoo Oh, Variluska Fragoso, Kwangsoo Shin,Taeghwan Hyeon, Hong-Gu Choi, Kyung-Hwan Oh, Ian T. Baldwin, and Chung-Mo Park

【刊期】Sci. Signal. Vol. 9, Issue 452, pp. ra106

【日期】01 Nov 2016

【DOI】10.1126/scisignal.aaf6530

【摘要】The roles of photoreceptors and their associated signalingmechanisms have been extensively studied in plant photomorphogenesis with amajor focus on the photoresponses of the shoot system. Accumulating evidenceindicates that light also influences root growth and development through thelight-induced release of signaling molecules that travel from the shoot to theroot. We explored whether aboveground light directly influences the root systemof Arabidopsis thaliana. Light wasefficiently conducted through the stems to the roots, where photoactivatedphytochrome B (phyB) triggered expression of ELONGATED HYPOCOTYL 5 (HY5)and accumulation of HY5 protein, a transcription factor that promotes rootgrowth in response to light. Stimulation of HY5 in response to illumination ofonly the shoot was reduced when root tissues carried a loss-of-functionmutation in PHYB, and HY5 mutant roots exhibited alterationsin root growth and gravitropism in response to shoot illumination. These findingsdemonstrate that the underground roots directly sense stem-piped light tomonitor the aboveground light environment during plant environmentaladaptation.

【原文链接】http://stke.sciencemag.org/content/9/452/ra106

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